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Ségrégation active des chromosomes chez les bactéries

by Frédéric Magné - published on , updated on

Les deux modèles majeurs décrivant le phénomène de ségrégation des chromosomes chez les bactéries ont été remis en question suite à la découverte du rôle de l’hydrolyse de l’ATP au cours de cette étape clé du cycle cellulaire. Ces travaux publiés dans PLoS Genetics ont été réalisés par l’équipe « Moteur de la ségrégation : mécanisme et diversité » dirigée par Jean-Yves Bouet au Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM, CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier).

Les gènes qui permettent aux bactéries de survivre et de se répandre dans des niches écologiques particulières sont souvent portés par de petites molécules d’ADN circulaires et autonomes appelées « plasmides ». De nombreux plasmides sont naturellement présents en très peu d’exemplaires dans les cellules et risquent d’être perdus lors de la division cellulaire. Après la duplication de l’ensemble du matériel génétique de la cellule mère, l’étape de ségrégation permet sa transmission fidèle à chacune des deux cellules filles.

La ségrégation des plasmides est assurée par un système actif très efficace et similaire à celui présent sur les chromosomes bactériens. Ce système est minimaliste et se compose de seulement trois éléments essentiels : un centromère, une protéine de fixation au centromère (ParB) et une protéine qui hydrolyse l’ATP (ParA), considérée comme la protéine motrice de la ségrégation. Le mécanisme moléculaire sous-jacent à ce processus clé du cycle cellulaire est cependant controversé.

Il existe deux modèles majeurs pour décrire la ségrégation. Le premier suggère qu’elle est entrainée par une polymérisation de ParA, tandis que le second suggère qu’elle est induite par un mécanisme de réaction-diffusion. Dans les deux modèles, il est considéré que ParB stimule l’hydrolyse de l’ATP par la protéine motrice ParA, lui donnant l’énergie nécessaire pour se déplacer dans la cellule.

Pour tester ces deux modèles, les chercheurs du LMGM ont étudié le système de ségrégation du plasmide F d’Escherichia coli grâce à la microscopie à fluorescence. Les résultats de leurs expériences ont montré que la stimulation de l’hydrolyse de l’ATP n’est impliquée, ni dans le comportement dynamique de ParA d’un pôle à l’autre de la cellule, ni dans le positionnement précis des centromères dans les cellules. Elle est en revanche nécessaire à l’étape précoce de séparation des centromères.

Pour la première fois, ces travaux révèlent le rôle de l’hydrolyse de l’ATP dans la ségrégation et remettent en cause les deux grands modèles qui décrivent ce phénomène. Ils ouvrent donc de nouvelles pistes pour l’exploration du mécanisme moléculaire de la ségrégation active des chromosomes chez les bactéries.



Figure : Modèle de la ségrégation du plasmide F d’Escherichia coli. A) Positionnement des plasmides (en vert) dans le cytoplasme des bactéries observé en microscopie à fluorescence. B) Visualisation du comportement dynamique de la protéine motrice ParA (en jaune) dans une même bactérie au court du temps. C) Cycle de l’ATP avec la protéine ParA. Les ronds de couleur représentent les différents changements conformationels de la protéine ParA, dont certains sont activés par la protéine ParB, soit directement, soit via l’activation de l’hydrolyse de l’ATP. D) Modèle illustrant l’implication de l’hydrolyse de l’ATP dans la séparation des plasmides après réplication. © PLoS Genetics (2013)


 

 Référence

"Defining the role of ATP hydrolysis in mitotic segregation of bacterial plasmids", Yoan Ah-Seng, Jérôme Rech, David Lane, Jean-Yves Bouet, PLoS Genetics (2013)


Contact chercheur

Jean-Yves Bouet

Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM)
UMR5100 CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier
118 Route de Narbonne
31062 Toulouse Cedex 9